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ALMA
Unerwartet kalter Staub um jungen Stern
von Stefan Deiters
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3. Februar 2016

Mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA in Chile und des Radioteleskops IRAM in Südspanien ist es Astronomen erstmals gelungen, die Temperatur von größeren Staubkörnern in einer Scheibe aus Gas und Staub um einen jungen Stern direkt zu messen. Mit minus 266 Grad Celsius waren die Körner kälter als gedacht und als von Modellen solcher Scheiben vorhergesagt wurde.

2MASS J16281370-2431391

2MASS J16281370-2431391 liegt in der Sternentstehungsregion Rho Ophiuchi. Bild: Digitized Sky Survey 2 / NASA / ESA  [Großansicht

Ziel der Beobachtungen der Astronomen war der junge Stern 2MASS J16281370-2431391. Er befindet sich rund 400 Lichtjahre von der Erde entfernt in der Sternentstehungsregion Rho Ophiuchi. Der Stern ist von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben, in der vermutlich gerade Planeten heranwachsen. Astronomen bezeichnen solche Scheiben daher auch als protoplanetare Scheiben.

Bei 2MASS J16281370-2431391 schauen wir genau auf die Kante dieser Scheibe. Wenn man sie im sichtbaren Bereich des Lichts beobachtet, erinnert sie ein wenig an eine fliegende Untertasse, weshalb das Objekt auch genau diesen Spitznamen erhalten hat (astronews.com berichtete).

Mithilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einem Verbund von Radioteleskopen in der chilenischen Atacamawüste, beobachteten die Astronomen den Schein von Kohlenmonoxidmolekülen in der Scheibe um 2MASS J16281370-2431391. Auf ihren sehr detaillierten Radiobildern stießen sie dabei auf ein negatives Signal - etwas, was eigentlich physikalisch unmöglich ist.

In diesem Fall gab es dafür aber eine einleuchtende Erklärung, die wiederum zu einer bemerkenswerten Schlussfolgerung führte: "Wir beobachten diese Scheibe nicht vor einem schwarzen und leeren Nachthimmel", erläutert Stephane Guilloteau vom Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux. "Wir sehen sie vor dem Leuchten des Rho-Ophiuchi-Nebels. Dieses Leuchten ist zu ausgedehnt, um mit ALMA detektiert werden zu können, wird aber von der Scheibe absorbiert. Das resultierende negative Signal bedeutet, dass Teile der Scheibe kälter sind als der Hintergrund. Die Erde befindet sich praktisch im Schatten der fliegenden Untertasse."

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Die Astronomen haben daher die ALMA-Daten mit Messungen des 30-Meter-Radioteleskops des Instituts für Radioastronomie im Millimeterbereich (IRAM) in Südspanien kombiniert. Dieses lieferte Daten zum Hintergrundleuchten. So konnten sie berechnen, dass die Staubkörner der Scheibe nur eine Temperatur von minus 266 Grad Celsius haben, was gerade einmal sieben Grad über dem absoluten Nullpunkt ist. Diese etwa einen Millimeter großen Staubkörner sind etwa 15 Milliarden Kilometer vom Stern entfernt. Es ist die erste direkte Messung der Temperatur von solchen Objekten.

Diese Temperatur liegt unter den minus 258 bis minus 252 Grad Celsius, die die meisten Modelle solcher Scheiben für diese Region vorhersagen. Um den Widerspruch aufzulösen, müssten die Staubkörner andere Eigenschaften haben als angenommen. Nur dadurch könnten sie sich nämlich auf die gemessenen Temperaturen abkühlen.

"Um die Folgen dieser Entdeckung für die Struktur von Staubscheiben einordnen zu können, müssen wir herausfinden, welche Eigenschaften des Staubs zu so tiefen Temperaturen führen können", erläutert Emmanuel di Folco vom Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux. "Wir haben schon einige Ideen - etwa, dass die Temperatur von der Größe der Staubkörner abhängt, wobei die größeren Staubkörner kälter sind als die kleineren. Es ist aber zu früh, um sicher zu sein."

Sollten sich diese tiefen Temperaturen auch bei anderen Staubscheiben nachweisen lassen und damit die Regel in solchen protoplanetarischen Scheiben sein, könnte das zudem Folgen für eine ganze Reihe von theoretischen Modellen haben. So spielen die Eigenschaften von Staubpartikeln auch eine wichtige Rolle, wenn es zu Kollisionen zwischen diesen Partikeln kommt. Dies wiederum ist ein wesentlicher Prozess bei der Entstehung von Planeten.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics Letters erschienen ist.

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siehe auch
APEX: Wasserstoffperoxid im interstellaren Raum - 6. Juli 2011
APEX: Blick in den kosmischen Kühlschrank - 16. Dezember 2010
APEX: Blick in stellare Kinderstuben - 12. November 2008
ESO: Ein Planetensystem im Entstehen - 8. Mai 2002
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
ESO
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